SOME RESULTS OF EXPERIMENTAL LABORATORY STUDIES ON THE NEUTRALIZATION OF OIL SLUDGE AND THE FORMATION OF A SOIL-LIKE ENVIRONMENT

НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЮ НЕФТЕШЛАМОВ И ФОРМИРОВАНИЮ ПОЧВОПОДОБНОЙ СРЕДЫ

Научная статья

Митриковский А.Я.¹, Кузнецова А.В.², Романова А.А.^3, *, Шушарина И.В.⁴, Гульбинас А.С.⁵

^1-5 Тюменский индустриальный университет, Тюмень, Россия

* Корреспондирующий автор (cavita[at]mail.ru)

Аннотация

Актуальность проведенных лабораторных исследований определяется проблемой утилизации нефтешламов образующихся при транспортировке и хранении нефти в резервуарах. Нефть и продукты её переработки относятся к основным к основным загрязнителям техногенного характера и самостоятельно деградируют очень медленно. Для деструкционного процесса разложения нефти и нефтесодержащих продуктов в настоящее время существуют различные методы.

В данной статье представлен метод биологического разложения нефти как сложной углеводородной системы так как он менее затратен и более экологичен по отношению к компонентам окружающей среды. Метод биологического разложения нефти предполагает, что при помощи нефтеразлагающих бактерий и других изучаемых элементов происходит снижение содержания нефтепродуктов в нефтешламе, что позволит в дальнейшем сформировать почвоподобную среду.

Целью данных исследований является определение влияния различных препаратов на динамику изменения содержания нефтепродуктов в нефтешламе.

При проведении исследований формировались экспериментальные варианты исходя из экономической и экологической целесообразности применяемых препаратов. В сформированных вариантах лабораторных исследований – через каждые две недели в течении трех месяцев, отбирались образцы и определялась концентрация нефтепродуктов в образованной субстанции флуориметрическим методом. После окончания исследований были выявлены наиболее эффективные варианты по динамике снижения нефтепродуктов в нефтешламе.

Ключевые слова: нефтешлам, обезвреживание, нефтеразлагающий препарат, исследование, вариант.

SOME RESULTS OF EXPERIMENTAL LABORATORY STUDIES ON THE NEUTRALIZATION OF OIL SLUDGE AND THE FORMATION OF A SOIL-LIKE ENVIRONMENT

Research article

Mitrikovsky A.Ya.¹, Kuznetsova A.V.², Romanova A.A.^3, *, Shusharina I.V.⁴, Gulbinas A.S.⁵

^1-5 Industrial University of Tyumen, Tyumen, Russia

* Corresponding author (cavita[at]mail.ru)

Abstract

The relevance of the conducted laboratory studies lies in the problem of utilization of oil sludge formed during transportation and storage of oil in tanks. Oil and its refined products are among the main man-made pollutants and degrade very slowly. Currently, there are various methods for the destructive process of decomposition of oil and oil-containing products.

The article presents a method of biological decomposition of oil as a complex hydrocarbon system, as it is less costly and more environmentally friendly in relation to environmental components. The method of biological decomposition of oil assumes that with the help of oil-decomposing bacteria and other studied elements, the content of petroleum products in oil sludge decreases, which will further form a soil-like environment.

The purpose of these studies is to determine the effect of various drugs on the dynamics of changes in the content of petroleum products in oil sludge.

During the research, experimental variants were formed based on the economic and environmental feasibility of the substances used. In the formed versions of laboratory studies, samples were taken and the concentration of petroleum products in the formed substance was determined by the fluorometric method every two weeks in the course of three months. After the end of the research, the most effective options for the dynamics of the reduction of petroleum products in oil sludge were identified.

Keywords: oil sludge, neutralization, oil-decomposing drug, research, variant.

Введение

Одной из важных проблем в современных условиях при добыче, транспортировке и переработке углеводородного сырья является утилизация нефтешламов. Многие ученые в своих исследованиях установили, что нефть и продукты её переработки является основным техногенным загрязнителем окружающей среды [1], [2]. Почва, загрязненная нефтью и нефтепродуктами, в силу своих морфологических особенностей, обладает слабым потенциалом для самоочищения и восстановления [3], [4].

Районы Западной Сибири, где ведется интенсивная добыча углеводородного сырья, относятся к территориям с высокой экологической нагрузкой [5].

По результатам научных исследований [7], методы обезвреживания и рекультивации загрязненных нефтью почв и нефтешламов условно можно разделить следующим образом:

а) механические методы;

б) физико–химические методы;

в) химические методы.

Указанные методы имеют, как положительные, так и отрицательные стороны. Реальную альтернативу вышеуказанным способам рекультивации загрязненных почв и обеззараживания нефтешламов в настоящее время могут составить биологические методы. Главным и определяющим фактором этого направления является, это создание оптимальных условий для функционирования нефтеразлагающих бактерий путем применения сорбентов различной природы, внесение определенных доз азотно-фосфорных удобрений, биодеструкторов нефти, а также поддержание оптимальной температуры окружающей среды и влажности сформированной смеси. Важную роль в восстановлении нефтезагрязненных почв ряд исследований отводят минеральным удобрениям [8], которые способствуют регулированию водородного показателя pH.

Ряд исследователей в своих научных работах отмечают, что нейтральная реакция среды (pH 6,8–7,0) являются благоприятной для работы и развития нефтеразлагающих бактерий.

При нефтяном загрязнении в почву вносится большое количество углерода, при этом резко изменяется соотношение углерода и азота (С:N) [9].

Для оптимального развития и работы нефтеразлагающих бактерий, как утверждает автор [9], требуется 10 частей (C) на одну часть азота (N), если это соотношение не соблюдается, то рост углеводоразлагающих бактерий и разложение нефтепродуктов снижается вплоть до полного приостановления процесса.

В реальных условиях основным методом утилизации нефтешламов является их сжигание, при этом выбрасывается большое количество загрязняющих веществ и возрастает экологическая нагрузка на экологические системы.

На основании вышеуказанного можно сделать вывод, что в реальных условиях нужно разработать новые более экологичные с низкой энергоемкостью процесса методы по утилизации и обезвреживанию нефтешламов.

Краткая характеристика нефтешламов и других изучаемых компонентов, применяемых в лабораторных исследованиях

Нефтяные шламы (нефтешламы) – это сложные физико-химические смеси, состоящие из нефтепродуктов и механических примесей (глины, песка, воды, окиси металлов). Соотношение входящих в нефтешлам соединений могут быть разными.

В зависимости от способа образования и физико–химического состава нефтешламы классифицируются следующим образом:

а) природные (образующиеся при аварийных разливах на дне водоемов);

б) образующиеся при разработке скважин;

в) нефтешламы образующиеся при транспортировке нефти по трубопроводам;

г) резервуарные шламы, образующиеся при хранении нефти в резервуарах;

д) грунтовые нефтешламы, образующиеся при разливах нефти на почву.

 

Таблица 1 – Краткая характеристика нефтешлама

№	Показатель	Количество
1.	pH	7,83
2.	Содержание органической части, %	84,79
3.	Содержание минеральной части, %	15,21
4.	Содержание нефтепродуктов в нефтешламе, мг/кг	240000

 

Препарат «Бак–Верад» – это биодеструктор нефтяного загрязнения биологической природы, предназначен для биологической очистки загрязненного грунта, песка, нефтешламов, загрязненных водных объектов и других неагрессивных сред. Данный препарат является биодеструктором нефтяных углеводородов сложного состава и представляет собой ассоциацию бактерий. В состав препарата входят естественные, нетоксичные, непатогенные улучшенные микроорганизмы, отселектированные по критерию эффективности разложения сложных углеводородосодержащих соединений. Следует отметить, что активность препарата «Бак–Верад» по обезвреживанию нефтешламов эффективна при высоких и низких степенях загрязнения углеводородами (от 1% до 80%), в диапазоне значений PH– 5,5; – 8,5 и температуре окружающей среды +10˚ – +40˚.

Биологический препарат «Hydrobreak» (Гидробрейк) является диспергатором, растворителем, обезжиривателем, при его применении сроки очистки загрязненных нефтепродуктами сред сокращаются минимум в два раза.

Принцип действия данного препарата основан на том, что он разбивает длинные углеводородные молекулярные цепи на более короткие и более доступные для углеводородоразлагающих бактерий. Уникальный состав «Гидробрейка» стимулирует рост и активность бактерий, которые питаются молекулами нефтепродуктов превращая их в воду и углекислый газ. Препарат характеризуется тем, что имеет свойство полного биологического разложения и не загрязняет окружающую среду. Совместное применение «Гидробрейка» с нефтеокисляющими бактериями способствует сокращению процесса очистки различных сред от содержащихся в них нефтепродуктов на 1 – 1,5 месяца.

Глауконит – минеральный сорбент, очищает и сорбирует множество веществ. Распространен во всех геологических системах. Химическая формула

Практическое использование глауконита:

а) в сельском хозяйстве – кормовая добавка, применяется для выведения из организма животных токсинов и радионуклидов, применяется для производства калийных удобрений;

б) в экологии – рекультивация и восстановление нарушенных почв, очистка сточных вод, ликвидация техногенных загрязнений почв и водных объектов (нефтепродуктами, радионуклидами, тяжелыми металлами, токсикантами);

в) в энергетике – очистка и регенерация масел, водоподготовка воды для отопительных котлов;

г) нефтехимии – применяется как катализатор для обессоливания и обезвоживания нефти.

Методы и методика проведения лабораторных исследований

Исследования проводились в лаборатории кафедры техносферной безопасности Тюменского индустриального университета. Было изучено ряд вариантов с различным соотношением минерального сорбента «Глауконит», биодеструктора «Бак–Верад», препарата «Hydrobreak» (Гидробрейк), песка, торфа и минеральных удобрений.

а) определение массовой доли нефтепродуктов проводилось по ПНД Ф 16.1:2.21–98 с использованием анализатора жидкости «Флюорат–02»;

б) значение водородного показателя (PH) по ПНД Ф 16.2.2:2.3:3.33-02;

в) содержание органического вещества по ГОСТ 27753.10-98.

В наших исследованиях были рассмотрены два варианта с различным содержанием сорбента «Глауконит»:

I вариант – нефтешлам – 25 г, песок – 25 г, торф – 50 г, биодеструктор «Бак-Верад», азотно–фосфорные удобрения в рекомендованных дозах, препарат «Гидробрейк», сорбент «Глауконит» в дозе 5% от массы нефтешлама;

II вариант – нефтешлам – 25 г, песок – 25 г, торф – 50 г, биодеструктор «Бак-Верад», азотно-фосфорные удобрения в рекомендованных дозах, препарат «Гидробрейк», сорбент «Глауконит» в дозе 10% от массы нефтешлама.

Биодеструктор «Бак–Верад» разводили водой в соотношении 1:50. Минеральные удобрения в количестве 0,7 г разбавлялись в 1000 мл воды для активации нефтеразлагающих бактерий. Биоактиватор «Гидробрейк» вносили в количестве 1 мл на 100 г полученной смеси. Влажность сформировавшихся образцов поддерживалась в пределах 60–65%, масса образцов ежедневно перемешивалась для лучшего воздухообмена. Содержание нефтепродуктов в нефтешламе определяли через каждые две недели в течении трех месяцев.

В результате проведенных лабораторных исследований были получены положительные результаты по динамике снижения нефтепродуктов в нефтешламе в обоих вариантах. Динамика изменения содержания нефтепродуктов в нефтешламе в варианте при содержании сорбента «Глауконит» в количестве 5% от массы нефтешлама и других изучаемых компонентов представлена на рисунке 1.

Рис. 1 –Вариант исследований 25 Н/Ш + 25П+ 50Т + 5% Глауконит + NP + Гидробрейк + Бак-Верад

 Примечание: П – песок, Н/Ш – нефтешлам, Т – торф, NP – минеральные удобрения

 

Анализ данных рисунок 1 указывает на то, что при дозе сорбента 5% от массы нефтешлама и других изучаемых компонентов удалось снизить содержание нефтепродуктов в нефтешламе с 24000 мг/кг до 37950 мг/кг, то есть на 84.2% от первоначального содержания.

Аналогичная зависимость снижения нефтепродуктов при проведении лабораторных исследований отмечена в другом варианте, данные которого отображены на рисунке 2.

Рис. 2 – Вариант исследований 25 Н/Ш + 25П + 50Т + 10% Глауконит + NP + Гидробрейк + Бак-Верад

Примечание: П – песок, Н/Ш – нефтешлам, Т – торф, NP – минеральные удобрения

 

Анализ данных приведенных на рисунке 2 указывает на то, что на последнем этапе лабораторных исследований содержание нефтепродуктов в нефтешламе составило 14175 мг/кг, то есть снижение составило 94,1% от первоначального значения.

Выводы

В результате лабораторных исследований и анализе полученных данных нами установлено положительное влияние сорбента «Глауконит» в сочетании с биодеструктором «Бак–Верад» и другими изученными компонентами на динамику снижения нефтепродуктов в нефтешламе.

При дозе сорбента «Глауконит», 5% от массы нефтешлама в сочетании с другими компонентами снижение нефтепродуктов составило 84,2%, а при дозе 10% это снижение составило 94,1% от первоначального значения (240000 мг/кг).

Полученные результаты дают повод для проведения производственных исследований, при положительных результатах этих исследований появится возможность разработать методику и технические средства по формированию почвоподобной среды при обезвреживании нефтешламов.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Пиковский Ю. И. Формирование и распределение техногенных потоков нефти / Ю. И. Пиковский // Природные и техногенные потоки углеводородов в окружающей среде. – М.: Издательство МГУ, 1993 – С. 101-125.
2. Солнцева Н. П. Изменение морфологии дерново–подзолистых почв в районе нефтедобычи / Н. П. Солнцева // Добыча полезных ископаемых и геохимия природных систем. – М.: Наука, 1982. – С. 29–70.
3. Глазовская М. А. Методические основы оценки экологической устойчивости почв к техногенным воздействиям / М. А. Глазовская. – М., 1997. – С. 102.
4. Сысо А. И. Ландшафтно–геохимический анализ изменений природной среды в районах нефтедобычи / А. И. Сысо, С. В. Васильев, Б. А. Смоленцева и др. // Сибирский экологический журнал. – 2001. – №3. – С. 333–342.
5. Кочуров Б. И. Экодиагностика и сбалансированное развитие / Б. И. Кочуров. – М.: Смоленск. Маджента, 2003 – С. 384.
6. Скипин Л. Н. Содержание тяжелых металлов на территории нефтегазоносных месторождений Тюменской области / Л. Н. Скипин, А. Я. Митриковский // Современные проблемы науки и образования, 2014. – №4 – С. 622.
7. Салангинас Л. А. Изменение свойств почв под воздействием нефтезагрязнения и разработка систем мер по их реабилитации / Л. А. Салангинас. – Екатеринбург, 2003. – С. 441.
8. Киреева Н. А. Ускорение биодеструкции нефтяных загрязнений при рекультивации почв / Н. А. Киреева, Е. И. Тишкина // Актуальные вопросы биотехнологии. – Межвузовский сборник. – Удг.: Издательство БГУ, 1990 – С. 36–44
9. Киреева Н. А. Микробиологические процессы в нефтезагрязненных почвах / Н. А. Киреева. – М.: Наука, 1995 – С. 178.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Pikovsky Yu. I. Formirovanie i raspredelenie tekhnogennykh potokov nefti [Formation and distribution of technogenic oil flows] / Yu. I. Pikovsky // Prirodnye i tekhnogennye potoki uglevodorodov v okruzhajushhejj srede [Natural and technogenic hydrocarbon flows in the environment]. - Moscow: Publishing House of Moscow State University, 1993 - pp. 101-125 [in Russian]
2. Solntseva N. P. Izmenenie morfologii dernovo–podzolistykh pochv v rajjone neftedobychi [Changing the morphology of sod-podzolic soils in the area of oil production] / N. P. Solntseva // Dobycha poleznykh iskopaemykh i geokhimija prirodnykh sistem [Mining and geochemistry of natural systems]. - Moscow: Nauka, 1982. - pp. 29-70 [in Russian]
3. Glazovskaya M. A. Metodicheskie osnovy ocenki ehkologicheskojj ustojjchivosti pochv k tekhnogennym vozdejjstvijam [Methodological foundations for assessing the ecological stability of soils to man-made impacts] / M. A. Glazovskaya. - M., 1997. - p. 102 [in Russian]
4. Syso A. I. Landshaftno–geokhimicheskijj analiz izmenenijj prirodnojj sredy v rajjonakh neftedobychi [Landscape-geochemical analysis of environmental changes in oil production areas] / A. I. Syso, S. V. Vasilyev, B. A. Smolentseva et al. // Sibirskijj ehkologicheskijj zhurnal [Siberian Ecological Journal]. - 2001. - No. 3. - pp. 333-342 [in Russian]
5. Kochurov B. I. Ehkodiagnostika i sbalansirovannoe razvitie [Ecodiagnostics and balanced development] / B. I. Kochurov. - Moscow: Smolensk. Magenta, 2003 - p. 384 [in Russian]
6. Skipin L. N. Soderzhanie tjazhelykh metallov na territorii neftegazonosnykh mestorozhdenijj Tjumenskojj oblasti [The content of heavy metals in the territory of oil and gas fields of the Tyumen region] / L. N. Skipin, A. Ya. Mitrikovsky // Sovremennye problemy nauki i obrazovanija [Modern problems of science and education], 2014. - No. 4 - p. 622 [in Russian]
7. Salanginas L. A. Izmenenie svojjstv pochv pod vozdejjstviem neftezagrjaznenija i razrabotka sistem mer po ikh reabilitacii [Changes in soil properties under the influence of oil pollution and the development of systems of measures for their rehabilitation] / L. A. Salanginas. - Yekaterinburg, 2003. - p. 441 [in Russian]
8. Kireeva N. A. Uskorenie biodestrukcii neftjanykh zagrjaznenijj pri rekul'tivacii pochv [Acceleration of biodegradation of oil pollution during soil reclamation] / N. A. Kireeva, E. I. Tishkina // Aktual'nye voprosy biotekhnologii. – Mezhvuzovskijj sbornik [Topical issues of biotechnology. - Interuniversity collection]. - Udg.: Publishing House of BSU, 1990 - pp. 36-44 [in Russian]
9. Kireeva N. A., Mikrobiologicheskie processy v neftezagrjaznennykh pochvakh [Microbiological processes in oil-contaminated soils] / N. A. Kireeva - M.: Nauka, 1995 - p. 178 [in Russian]